1、關于生物氧化呼吸鏈與氧化磷酸化第一張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月 生物細胞將糖、脂、蛋白質等燃料分子氧化分解,最終生成CO2和H2O并釋放出能量的作用稱為生物氧化(biological oxidation)。第二張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月第三張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月第四張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月第五張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月生物氧化的特點生物氧化的能量是逐步釋放的；生物氧化過程中產生的能量儲存在高能化合物（主要是ATP）中；生物氧化具有嚴格的細胞內定位： 原核生物 細胞膜 真核生物 線粒體節首章首第六張，PPT共五十

2、五頁，創作于2022年6月高能磷酸化合物舉例第七張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月 生物體內代謝產生的能量只有一小部分直接形成ATP，大部分是以還原型輔酶NADH和FADH2形式貯存的；本章將重點討論這些還原型輔酶被氧化、生成ATP的過程，即電子傳遞和氧化磷酸化（electrontransport and oxidative phosphorylation）。第八張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月氧化磷酸化作用： 與生物氧化作用相伴而生的磷酸化作用稱為氧化磷酸化作用。是將生物氧化過程中釋放出的自由能轉移而使ADP形成高能ATP的作用。底物水平磷酸化作用： 從一個高能化合物（例如

3、1,3-二磷酸甘油酸），將磷?；D移給ADP形成ATP的過程稱為底物水平磷酸化作用，即ATP的形成直接與一個代謝中間物上的磷?；D移相耦聯。底物水平磷酸化不需要氧，是酵解中形成ATP的機制。第九張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月 在真核生物中，氧化磷酸化發生在線粒體內，相關的酶嵌入線粒體內膜。線粒體中的氧化磷酸化是由兩個緊密偶聯的過程構成的：線粒體的NADH和FADH2通過呼吸電子傳遞鏈（respiratory electrontransport chain）被氧化；質子濃度梯度可作為自由能庫。第十張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月第十一張，PPT共五十五頁，創作于2022年6

4、月第十二張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月第十三張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月第十四張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月第一節 線粒體的結構與功能第十五張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月一、線粒體的基本特征 真核生物中，氧化磷酸化在線粒體中進行。 外膜含蛋白相對較少，容許分子量小于10000的離子和水溶性代謝物跨膜擴散；內膜含有豐富的蛋白質，向線粒體腔內高度皺褶形成“嵴”，使得表面積大大增加。內膜容許不帶電荷的分子（例如水、分子氧和二氧化碳）通透，但大的極性分子和離子不能自由通透，需要特殊的跨膜轉運蛋白協助才行；線粒體內膜和外膜之間的空隙稱為“膜間隙”，膜間隙

5、中含有許多可溶性酶、底物和一些輔助因子。第十六張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月執行氧化磷酸化氧化反應的復合物以及ATP合成酶復合物都嵌在內膜中。線粒體基質中含有丙酮酸脫氫酶、及催化檸檬酸循環和脂肪酸氧化的大多數酶。第十七張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月二、線粒體的跨膜轉運系統在線粒體外反應產生的NADH不能直接通過呼吸鏈進行氧化磷酸化，如3-磷酸甘油醛脫氫反應和乳酸脫氫反應產生的NADH；線粒體外的NADH不能自由通過線粒體內膜，必須借助某些能自由通過線粒體內膜的物質才能進行電子傳遞，這就是所謂穿梭機制。體內主要有兩種穿梭機制。第十八張，PPT共五十五頁，創作于2022年6

6、月 在哺乳動物的肝臟和其它的某些組織，存在著活躍的蘋果酸-天冬氨酸穿梭機制。第十九張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月主要存在于哺乳動物的肌肉和腦組織中。 第二十張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月第二節 電子傳遞鏈（呼吸鏈）線粒體的內膜中有5種與氧化磷酸化有關的蛋白質復合物，每種復合物都催化能量轉換過程中的某一部分反應。I至IV復合物含有很多輔助因子，它們參與電子傳遞，而復合物V是ATP合成酶。標準還原電位（單位為伏特）與標準自由能的變化（單位為kJ/mol）有直接的關系： 第二十一張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月第二十二張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月第二十

7、三張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月第二十四張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月NADH氧化呼吸鏈 是細胞內最主要的呼吸鏈，因為生物氧化過程中絕大多數脫氫酶都是以NAD+為輔酶：返回第二十五張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月琥珀酸氧化呼吸鏈 由琥珀酸脫氫酶復合體、CoQ和細胞色素組成。其中琥珀酸脫氫酶復合體包括FAD、鐵硫中心和另一種細胞色素b：返回第二十六張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月線粒體中某些重要底物氧化時的呼吸鏈返回第二十七張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月線粒體呼吸鏈的組成煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）黃素單核苷酸和黃素腺嘌呤二核苷酸（FMN

8、和FAD）鐵硫蛋白（鐵硫中心）泛醌（CoQ）細胞色素（ Cyta 、Cytb、Cytc）節首章首第二十八張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月煙酰胺腺嘌呤二核苷酸 利用分子中煙酰胺基團的可逆性還原而遞氫，還原形成的NADH即可參與組成呼吸鏈而進行電子傳遞。 NAD和NADH結構示意圖返回第二十九張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月第三十張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月 返回第三十一張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月鐵硫蛋白（鐵硫中心） 分子中常含2或4個Fe（稱非血紅素鐵）和2或4個對酸不穩定硫，其中一個Fe原子能可逆地還原而傳遞電子。在NADH脫氫酶和琥珀酸脫氫酶

9、中均含有多個不同的鐵硫蛋白，它們可將電子由FMNH2（或FADH2）轉移到泛醌上。返回第三十二張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月泛醌 是一種脂溶性的醌類化合物，其分子中的苯醌結構能進行可逆的加氫反應，故也屬于遞氫體。返回第三十三張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月細胞色素細胞色素屬于電子傳遞體，其傳遞電子的方式如下： 2CytFe3+ + 2e 2CytFe2+細胞色素 是屬于色蛋白類的結合蛋白質，輔基是鐵卟啉的衍生物，因其有顏色又普遍存在于細胞內，故稱為細胞色素。根據其結構與吸收光譜的不同可將細胞色素分為a、b和c三類。 細胞色素c的結構示意圖返回第三十四張，PPT共五十五頁，

10、創作于2022年6月第三十五張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月第三十六張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月第三十七張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月第三十八張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月第三十九張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月第三節 氧化磷酸化一、化學滲透理論 Mitchell在1961年提出了氧化磷酸化的機制化學滲透理論（chemiosmotic theory）。Mitchell認為：還原型輔酶的氧化可以產生跨膜（線粒體內膜）的質子濃度梯度，而這一質子梯度又可以進一步驅動ATP的形成。第四十張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月化學滲透理論主要

11、包括以下幾點內容：偶聯需要完整的線粒體內膜。膜對帶電的溶劑是不通透的，否則質子濃度梯度將消失，離子代謝物通過特殊的轉運體跨過膜。通過電子傳遞鏈的電子傳遞產生質子濃度梯度，使得線粒體內膜外側（膜間隙）的H濃度升高。位于線粒體內膜上的ATP合成酶在跨膜的質子轉移驅動反應中催化ADP磷酸化。第四十一張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月二、ATP合成機制 1979年Paul Boyer提出了ATP合成的結合-變換機制（binding-change mechanism），他認為： ATP合成酶含有3個催化部位，在任一給定時間，每一部位處于不同的構象：開、松弛、或緊縮。所有3個催化部位都依次經歷上述

12、3種構象變化。第四十二張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月ATP 的形成和釋放主要涉及以下幾個步驟： 一分子的ADP和Pi結合在開部位。質子跨過線粒體內膜進入基質，引起3個催化部位發生構象變化。開構象（含有新結合的ADP和Pi）轉變為松弛部位，已被ADP和Pi填充的松弛部位轉變為緊縮部位，載有ATP的緊縮部位轉變為開部位。ATP從開部位被釋放出來，同時在緊縮部位ADP和Pi縮合形成ATP。第四十三張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月第四十四張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月三、P/O比 指一對電子通過呼吸鏈傳遞到氧所產生的ATP分子數。 ATP合成與質子濃度梯度緊密偶聯，即

13、ATP合成伴隨著質子濃度梯度的下降。三個電子復合物I、III和IV傳遞大約導致線粒體內的10個H轉移到膜間隙（復合物I轉移4個H ；復合物III轉移4個H ；復合物IV轉移2個H ）。經ATP合成酶流回線粒體基質可以驅動2.5個ATP的合成。第四十五張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月而象那樣從支路復合物II進入電子傳遞鏈的電子經復合物III傳遞到復合物IV，只能驅動6個質子的轉移。而象對二（二甲氨基）苯二胺那樣直接提供2個電子給復合物IV可以使2個質子轉移到膜間隙。第四十六張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月四、氧化磷酸化抑制劑 氧化磷酸化抑制劑可分為三類，即呼吸抑制劑、磷酸化抑

14、制劑和解偶聯劑。一、呼吸抑制劑 這類抑制劑抑制呼吸鏈的電子傳遞，也就是抑制氧化，氧化是磷酸化的基礎，抑制了氧化也就抑制了磷酸化。呼吸鏈某一特定部位被抑制后，其底物一側均為還原狀態，其氧一側均為氧化態，這很容易用分光光度法(雙波長分光光度計)檢定，重要的呼吸抑制劑有以下幾種：第四十七張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月1、魚藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素：專一抑制NADHCoQ的電子傳遞。2、抗霉素A(actinomycin A)由霉菌中分離得到，專一抑制CoQCyt c的電子傳遞。3、氰化物、疊氮化物、CO、H2S：抑制細胞色素c氧化酶。第四十八張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月二、磷

15、酸化抑制劑 這類抑制劑抑制ATP的合成，抑制了磷酸化也一定會抑制氧化。例如，寡霉素(oligomycin)可與F0的OSCP(p189)結合，阻塞氫離子通道，從而抑制ATP合成。第四十九張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月三、解偶聯劑(uncoupler) 解偶聯劑使氧化和磷酸化脫偶聯，氧化仍可以進行，而磷酸化不能進行。解偶聯劑作用的本質是增大線粒體內膜對H+的通透性，消除H+的跨膜梯度，因而無ATP生成。解偶聯劑只影響氧化磷酸化而不干擾底物水平磷酸化。第五十張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月解偶聯劑的作用使氧化釋放出來的能量全部以熱的形式散發。新生兒和動物棕色脂肪組織線粒體中有

16、獨特的解偶聯蛋白，使氧化磷酸化處于解偶聯狀態，這對于維持他們的體溫十分重要。常用的解偶聯劑有2，4-二硝基酚(dinitrophenol,DNP)，羰基-氰-對-三氟甲氧基苯肼(FCCP)，雙香豆素(dicoumarin)等，過量的阿斯匹林也使氧化磷酸化部分解偶聯，從而使體溫升高。第五十一張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月習題1. 化學滲透學說要點是什么？2. 2,4-二硝基苯酚的解偶聯機制是什么？3. 注射2,4-二硝基苯酚到動物體內可能引起什么現象？為什么？4. 簡述ADP對呼吸鏈的調控作用。5. 比較電子傳遞抑制劑，氧化磷酸化抑制劑和解偶聯試劑對生物氧化作用的影響并舉例說明。第五十二張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月6. 呼吸鏈中各電子傳遞體的排列順序是如何確定的？7. 生物體能夠利用的最終能源是： 有機物的氧化；ATP; 磷酸肌酸；太陽光。 8. 一分子乙酰輔酶A徹底氧化產生3個NADH,1個FADH2和1個GTP，P/O比值是多少？ 9. 胞液中NADH如何氧化產生ATP?第五十三張，PPT共五十五頁，創作于2022年6月檸檬酸循環產生的能量 在檸檬酸循環的總反應中，對于進入循環的每個乙酰C